RU2085534C1 - Method of making brick, block, facing plate, plate for internal wall facing - Google Patents

Abstract

FIELD: building materials. SUBSTANCE: method involves simultaneous mixing and milling sand, sandy loam or ash or their mixture (up to particle size less 640 mcm) with addition of dry alkaline metal carbonate at amount 4-10% of dry forming mixture mass followed by forming article at moisture 3-10%, drying and roasting at 760-900 C. Properties: brick sort - 100, not less, hardiness - 35 cycles, not less, heat conductivity - 0.65 Wt/mc, not above, water absorption - 15%, not above. EFFECT: improved method of making. 2 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству керамических изделий, например, стеновых изделий, кирпича, блоков, фасадных плиток, плиток внутренней облицовки стен и т.п. The invention relates to the building materials industry, in particular to the production of ceramic products, for example, wall products, bricks, blocks, facade tiles, tiles of internal wall cladding, etc.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат, улучшение качества строительных изделий, использование более доступного и дешевого природного сырья. The objective of the invention is to reduce energy consumption, improve the quality of building products, the use of more affordable and cheap natural raw materials.

Известен способ изготовления строительных изделий из золы ТЭЦ, включающий смещение золы ТЭЦ со связующим на основе водорастворимой соли натрия, вводимыми в количестве 5,5 14% от массы сухой золы в расчете на оксид натрия, а обжиг производят сразу после формования при воздействии температуры 250 900^oC в течение времени, определяемого по формуле:
Ч = 1:(αt^°+b),
где Ч время обжига, ч;
t^o температура, ^oC;
α коэффициент, расный 10^-3 град.^-1;
b коэффициент, равный 0,25 ч^-1 [1]
По этому способу сода кальцинирования, сода двууглекислая, либо сода каустическая добавляется к золе в виде раствора.There is a method of manufacturing building products from cogeneration ash, including displacement of cogeneration ash with a binder based on a water-soluble sodium salt, introduced in an amount of 5.5 to 14% by weight of dry ash per sodium oxide, and firing is carried out immediately after molding at a temperature of 250 900 ^o C for a time determined by the formula:
H = 1: (αt ^° + b),
where h is the firing time, h;
t ^o temperature, ^o C;
α coefficient, red 10 ^-3 degrees. ^-1 ;
b coefficient of 0.25 h ^-1 [1]
According to this method, soda ash, bicarbonate soda, or caustic soda is added to the ash in the form of a solution.

Недостатками способа является: низкая прочность сырца после прессования, обусловленная неплатичностью золы, что требует значительных усилий при прессовании и создает определенные технические трудности для непрерывных автоматизированных производств. The disadvantages of the method are: the low strength of the raw material after pressing, due to the non-payability of the ash, which requires considerable effort during pressing and creates certain technical difficulties for continuous automated production.

Использование в качестве водорасторимой соли каустической соды в количестве 5,5 14 мас. в пересчете на Na₂O становится малорентабельным из-за высокой ее стоимости.Use as a water-soluble salt of caustic soda in an amount of 5.5 to 14 wt. in terms of Na ₂ O it becomes unprofitable due to its high cost.

Использование в качестве соли кальцинированной соды, либо двууглекислого натрия в минимальном количестве 5,5% как показывают расчеты, приводит к влажности сырца 28 30% из-за слабой их растворимости, что создает значительные трудности при сушке сырца. При этом значительно увеличиваются энергозатраты, связанные с удалением большого количества влаги, наблюдается существенная миграция соли на поверхность изделия при сушке сырца. За счет этого снижается равнопрочность спеченного изделия по всему объему, наблюдается пузырение и коробление поверхности из-за стеклообразования при спекании. The use of soda ash or sodium bicarbonate in a minimum amount of 5.5% as a salt, as shown by the calculations, leads to a raw moisture content of 28-30% due to their poor solubility, which creates significant difficulties in drying the raw material. At the same time, the energy costs associated with the removal of a large amount of moisture are significantly increased, there is a significant migration of salt to the surface of the product when drying raw. Due to this, the equal strength of the sintered product throughout the volume is reduced, bubbling and warping of the surface due to glass formation during sintering is observed.

Известен способ изготовления строительной керамики, по которому смешивают каолин, полевой шпат с карбонатами щелочных металлов в сухом виде с последующим обжигом формованной смеси при температуре 700 1100^oC с выдержкой до 4 ч.A known method of manufacturing building ceramics, which mix kaolin, feldspar with alkali metal carbonates in dry form, followed by firing the molded mixture at a temperature of 700 1100 ^o C with a holding time of up to 4 hours

Полученный керамический материал рекомендуется в качестве кислотостойкого керамического материала, пригодного к использованию в химической промышленности. The resulting ceramic material is recommended as an acid-resistant ceramic material suitable for use in the chemical industry.

Общеизвестным недостатком глин является их высокая способность к трещинообразованию и как следствие этого длительный срок сушки достигающий 24 ч и более даже при полусухом методе прессования. Для получения керамики с высокими механическими свойствами требуются сравнительно высокие температуры, достигающие 1100^oC. Кроме того, глина обладает сравнительно высокой теплоемкостью. Все эти факторы приводят к сравнительно высоким энергозатратам на производство изделий. Кроме того, при температуре 950 1100^oC глина спекается без применения карбонатов щелочных металлов, поэтому нет необходимости их использования в производстве строительных материалов из глины. Глина не является общедоступным сырьем для производства качественных стеновых строительных материалов, поэтому она не может быть использована повсеместно.A well-known disadvantage of clays is their high ability to crack formation and, as a result, a long drying time of up to 24 hours or more even with a semi-dry pressing method. To obtain ceramics with high mechanical properties, relatively high temperatures are required, reaching 1100 ^o C. In addition, clay has a relatively high heat capacity. All these factors lead to relatively high energy costs for the production of products. In addition, at a temperature of 950 1100 ^o C clay is sintered without the use of alkali metal carbonates, so there is no need for their use in the production of building materials from clay. Clay is not a publicly available raw material for the production of high-quality wall building materials, so it cannot be used everywhere.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления строительных изделий, включающий смешивание минерального наполнителя (лесс, супесь, лессовидный суглинок, маршалит, опока или их смесей) с раствором соли щелочного металла (карбонаты, нитраты или сульфаты натрия или калия), прессование заготовок, сушку и обжиг при температурах 800 1000^oC в течение 4 6 ч [3]
Недостатком указанного способа является повышенная энергоемкость процесса, связанная с необходимостью предварительной сушки сырья, а также усложненная технология за счет 2-х этапного смешивания мелких и крупных заполнителей, и раствора соли щелочного металла.Closest to the invention is a method of manufacturing building products, comprising mixing a mineral filler (loess, sandy loam, loesslike loam, marshalite, flask or mixtures thereof) with a solution of an alkali metal salt (carbonates, nitrates or sulfates of sodium or potassium), pressing the blanks, drying and firing at temperatures of 800 to 1000 ^o C for 4 to 6 hours [3]
The disadvantage of this method is the increased energy intensity of the process associated with the need for preliminary drying of the raw materials, as well as the complicated technology due to the 2-stage mixing of small and large aggregates, and a solution of alkali metal salt.

Задачей изобретения является уменьшение энергозатрат, улучшение качества строительных изделий, использование более доступного дешевого сырья. The objective of the invention is to reduce energy consumption, improve the quality of building products, the use of more affordable cheap raw materials.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления строительной керамики используют такие сырьевые компоненты, как песок, супесь, зола ТЭЦ, добавляют карбонаты щелочных металлов в сухом виде в количестве 4
10% от сухой массы исходного сырья, одновременно смешивают и измельчают смесь до размера частиц менее 640 мкм.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing building ceramics use such raw materials as sand, sandy loam, ash TPP, add alkali metal carbonates in dry form in an amount of 4
10% of the dry weight of the feedstock, at the same time mix and grind the mixture to a particle size of less than 640 microns.

Процесс формования изделия осуществляют при влажности смеси 3 10%
Процесс спекания ведут при температуре 760 900^oC.The process of forming the product is carried out at a moisture content of the mixture 3 10%
The sintering process is carried out at a temperature of 760 900 ^o C.

Предлагаемый способ позволяет получить керамический материал марки не ниже 100, с морозостойкостью не менее 35 циклов и теплопроводностью не более 0,65 Вт/м. к, водопоглощением не более 15% При этом значительно уменьшаются энергозатраты за счет снижения времени сушки и обжига, что обеспечивается меньшей склонностью к трещинообразованию менее пластичных песков, супесей и зол, а также за счет снижения температуры обжига до 760 900^oC. Кроме того, пески обладают меньшей теплоемкостью в сравнении с глинами, например, теплоемкость песчаников составляет 0,729 0,8

; глина 0,921

; каолин 0,938

.The proposed method allows to obtain ceramic material of the brand not less than 100, with frost resistance of at least 35 cycles and thermal conductivity of not more than 0.65 W / m to, water absorption of not more than 15%. At the same time, energy costs are significantly reduced due to a reduction in drying and firing times, which is ensured by a less tendency to crack formation of less plastic sands, sandy loams and ashes, and also due to a reduction in firing temperature to 760 900 ^o C. In addition, sands have less heat capacity in comparison with clays, for example, heat capacity of sandstones is 0.729 0.8

; clay 0.921

; kaolin 0.938

.

Низкая теплоемкость песчаников позволяет также экономить 17 27% энергии на нагрев изделия. The low heat capacity of sandstones also saves 17 27% of the energy for heating the product.

Пример 1. В супесь с содержанием 15мас. глинистых веществ добавляют карбонат в сухом виде и в разных количествах от 3,5 до 11 мас. Компоненты перемешивают, одновременно измельчая их в шаровой мельнице до размера частиц менее 640 мкм. Из полученной смеси под давлением 2 3 МПа формуют образцы диаметром и высотой 50 мм при влажности смеси 5 мас. и обжигают в течение 30 мин при температуре 800^oC.Example 1. In sandy loam with a content of 15 wt. clay substances add carbonate in dry form and in various quantities from 3.5 to 11 wt. The components are mixed while grinding them in a ball mill to a particle size of less than 640 microns. Samples with a diameter and a height of 50 mm are molded from the resulting mixture under a pressure of 2 3 MPa with a mixture moisture of 5 wt. and burn for 30 minutes at a temperature of 800 ^o C.

B табл. 1 приведены результаты испытаний по влиянию концентрации корбаната натрия на основе спеченного материала. Испытывалось по 5 образцов каждого состава. B table 1 shows the results of tests on the effect of the concentration of sodium sorbate based on sintered material. 5 samples of each composition were tested.

Как видно из табл.1, при содержании карбоната натрия менее 4 мас. предел прочности на сжатие менее 10 МПа. Эти значение выбрано за нижний предел концентраций, так как получение слабопрочных материалов по предлагаемой технологии экономически не целесообразно. В качестве верхнего предела выбрана концентрация 10 мас. так как дальнейшее увеличение концентрации практически не приводит к увеличению прочности изделия. As can be seen from table 1, with a sodium carbonate content of less than 4 wt. ultimate compressive strength less than 10 MPa. These values are selected for the lower concentration limit, since obtaining low-strength materials using the proposed technology is not economically feasible. As the upper limit, a concentration of 10 wt. since a further increase in concentration practically does not lead to an increase in the strength of the product.

Пример 2. Для проведения исследования по определению минимальной температуры, при которой материал набирал максимальную прочность на сжатие, в супесь карьерную с содержанием 10% глинистых веществ, речной песок, золу-унос добавляют карбонат натрия или калия 8 мас. В сухом виде смесь перемешивают и измельчают до размера частиц менее 640 мкм в шаровой мельнице, формуют цилиндрические образцы диаметром и высотой 50 мм при влажности сырца 5 8 мас. Прессуют при давлении 2 3 МПа, время обжига 30 мин. Example 2. To conduct a study to determine the minimum temperature at which the material gained maximum compressive strength, sodium carbonate or potassium carbonate of 8 wt. Was added to quarry sand with a content of 10% clay, river sand, fly ash. In dry form, the mixture is stirred and crushed to a particle size of less than 640 microns in a ball mill, cylindrical samples are formed with a diameter and a height of 50 mm with a raw moisture content of 5 to 8 wt. Pressed at a pressure of 2 3 MPa, firing time 30 minutes

Результаты исследований приведены в табл.2. The research results are given in table.2.

Как следует из табл.2 температурный интервал набора максимальной прочности у исследованных смесей составляет 760 900^oC.As follows from table 2, the temperature range of the set of maximum strength in the studied mixtures is 760 900 ^o C.

Пример 3. Для определения оптимальной влажности сырца были проведены исследования по изучению прочности сырца и качества спеченного образца в зависимости от формованного сырца. Example 3. To determine the optimum moisture content of the raw material, studies were conducted to study the strength of the raw material and the quality of the sintered sample, depending on the molded raw material.

В речной песок или карьерную супесь с содержанием 15 мас. глинистых веществ, или смесь с равным содержанием супеси и золы уноса добавляют 10% карбоната натрия в сухом виде, одновременно перемешивают и измельчают в шаровой мельнице до размера частиц менее 640 мкм. Формуют кирпичи стандартного размера 250х120х65 мм при давлении 30 50 МПа пустотностью 15% Время обжига при максимальной температуре 800 860^o C 2 2,5 ч.In river sand or quarry sandy loam with a content of 15 wt. clay substances, or a mixture with an equal content of sandy loam and fly ash add 10% dry sodium carbonate, at the same time mix and grind in a ball mill to a particle size of less than 640 microns. Bricks of standard size 250x120x65 mm are molded at a pressure of 30 50 MPa with a voidness of 15%. Firing time at a maximum temperature of 800 860 ^o C 2 2.5 hours

По результатам исследований установлено, что при влажности сырца менее 3 мас. отформованный сырец не обладает достаточной механической прочностью, необходимой для автоматизированных и механизированных производств. При влажности сырца более 10 мас. растворяющийся карбонат щелочного металла мигрирует на поверхность изделия. Этот эффект дает прочную остеклованную сильно шероховатую корку, которая портит внешний вид изделия. Миграция карбоната натрия на поверхность изделия способствует потере равнопрочности по всему объему изделия. Кроме того, дальнейшее повышение влажности выше 10 мас. способствует увеличению времени сушки и соответственно расходу энергии. According to the results of studies, it was found that when raw moisture is less than 3 wt. molded raw material does not have sufficient mechanical strength necessary for automated and mechanized production. When raw moisture is more than 10 wt. soluble alkali metal carbonate migrates to the surface of the product. This effect gives a strong vitrified, highly rough crust, which spoils the appearance of the product. The migration of sodium carbonate to the surface of the product contributes to the loss of uniform strength over the entire volume of the product. In addition, a further increase in humidity above 10 wt. contributes to an increase in drying time and, accordingly, energy consumption.

Пример 4. С целью реализации предлагаемого способа и паспортизации получаемых керамических материалов была изготовлена партия кирпича стандартного размера 250х120х65 мм пустотностью 15% следующим образом: в супесь с содержанием 15% глинистых веществ добавляют карбонат натрия в количестве 65 мас. Смесь подвергают измельчению до 640 мкм и одновременному перемешиванию. Такая степень измельчения полученной смеси дает прочный сырец и гладкую поверхность изделия. Прессуют при давлении 30 35 М0па. Обжиг проводят при температуре 840 860^o C в течение 2,5 3 ч.Example 4. In order to implement the proposed method and certification of the obtained ceramic materials, a batch of bricks with a standard size of 250x120x65 mm and a voidness of 15% was made as follows: sodium carbonate in the amount of 65 wt. Was added to the sand with a content of 15% clay substances. The mixture is subjected to grinding to 640 μm and stirring at the same time. This degree of grinding of the resulting mixture gives a solid raw and smooth surface of the product. Pressed at a pressure of 30 to 35 M0pa. Firing is carried out at a temperature of 840 860 ^o C for 2.5 to 3 hours

Испытания, проведенные в НИИ строительных материалов при Томской Государственной архитектурно-строительной академии, показали, что кирпич полностью соответствует ГОСТ 7484 78 "Кирпичи и камни керамические лицевые" и обладает следующими характеристиками:
Прочность, МПа,
На сжатие 18 ± 2
На изгиб 2,9 ± 0,2
Марка по прочности 150
Средняя плотность, кг/м³ 1550 1706
Водопоглощение,
По массе 13
По объему 25
Теплопроводность, Вт/м.К 0,52 0,55
Морозостойкость 504Tests conducted at the Research Institute of Building Materials at the Tomsk State Academy of Architecture and Civil Engineering showed that the brick fully complies with GOST 7484 78 "Facing ceramic bricks and stones" and has the following characteristics:
Strength, MPa,
Compression 18 ± 2
Bending 2.9 ± 0.2
Strength grade 150
Average density, kg / m ³ 1550 1706
Water absorption
By weight 13
By volume 25
Thermal conductivity, W / m.K 0.52 0.55
Frost resistance 504

Claims (1)

Способ изготовления кирпича, блоков, фасадных плиток, плиток внутренней облицовки стен, включающий смешение песков, или супесей, или золы ТЭЦ, или их смесей с карбонатами щелочных металлов, прессование изделий, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что, с целью устранения процесса приготовления раствора соли щелочных металлов, сушки исходных материалов, расширения области применения и упрощения процесса получения изделий, приготовление сырьевой смеси производят путем совместного смешения и измельчения влажных песков, супесей, зол ТЭЦ или их смесей с сухими карбонатами щелочных металлов за одну стадию до размера частиц менее 640 мкм при влажности смеси 3 10 мас. и содержании карбонатов щелочных металлов 4 10% от массы сухой формовочной смеси, а обжигают изделия при 760 900^oС.A method of manufacturing bricks, blocks, facade tiles, tiles of internal wall cladding, including mixing sand, or sandy loam, or ash from a thermal power plant, or mixtures thereof with alkali metal carbonates, pressing products, drying and firing them, characterized in that, in order to eliminate the process preparing a solution of an alkali metal salt, drying the starting materials, expanding the scope and simplifying the process of obtaining products, preparing the raw material mixture is carried out by joint mixing and grinding of wet sand, sandy loam, ashes of thermal power plants or x mixtures with dry alkali metal carbonates in one step to a particle size of less than 640 microns with a mixture moisture of 3 to 10 wt. and the content of alkali metal carbonates 4 10% by weight of the dry sand, and burn products at 760 900 ^o C.

Images